FÍSICA NUCLEAR. Produzido Por: Telahun Tesfaye, Dr. Universidade Virtual Africana

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1 FÍSICA NUCLEAR Produzido Por: Telahun Tesfaye, Dr. Universidade Virtual Africana

2 2 Física Nuclear Telahun Tesfaye

3 3 Este documento é publicado sob condições da Creative commons Atribuição Licença (abreviada cc by )

4 4 Tabela de Conteúdos I. Física Nuclear 5 II. Pré-requisitos ou conhecimento prévio do curso 5 III. Tempo 5 IV. Materiais 5 V. O racional /a lógica do Módulo 5 VI. Conteúdo Visão Geral Pontos principais Organizador Gráfico 7 VII. Objectivos Gerais 9 VIII. Objectivos Específicos de aprendizagem 10 IX. Teste Diagnóstico 11 X. Actividades de Ensino e Aprendizagem 23 XI. Glossário de Conceitos-chave 85 XII. Lista de material para leitura obrigatória 87 XIII. Lista compilada de Recursos Multimédia (opcional) 88 XIV. Lista compilada de Hiperligações úteis 89 XV. Síntese do Módulo 99 XVI. Avaliação Somativa 91 XVII. Referências 109 XVIII. Autor Principal do Módulo 110 XIX. Estrutura do Arquivo 111

5 5 Notícia Palavra inicial Este módulo tem quatro secções principais. A primeira é a secção INTRODUTÓRIA que consiste de cinco partes a saber: TÍTULO: o título do módulo é claramente descrito. CONHECIMENTO PRÉVIO: nesta secção disponibiliza-se a informação concernente aos conhecimentos prévios e habilidades que você precisa para começar o módulo. Veja cuidadosamente as necessidades dado que isso irá ajudalo a decidir se você precisa de algum trabalho de revisão ou não. TEMPO NECESSÁRIO: Dá-lhe o tempo total (em horas) que você precisa para completar o Módulo. Todos os testes individuais, actividades e avaliações são para serem completados nesse tempo especificado. MATERIAL NECESSÁRIO: Aqui você encontrará a lista de materiais que você precisa para completar o Módulo. Alguns dos materiais são componentes do pacote do curso que você irá receber no CD-ROM ou irá ter acesso através da Internet. Os materiais recomendados para realizar algumas experiências podem ser obtidos a partir da sua instituição de tutela (instituição parceira da AVU) ou pode adquirir pedindo emprestado por outros meios. O RACIONAL/ OU LÓGICA DO MÓDULO: Nesta secção você irá obter resposta a perguntas como Porque é que eu, como professor formando do curso de formação inicial, estudaria este módulo? Qual é a sua relevância para a minha carreira? A segunda é a secção de CONTEÚDOS que consiste de três partes: VISÃO GERAL: O conteúdo do módulo é apresentado de forma breve. Nesta secção você irá encontrar um arquivo de vídeo (filme curto) onde o autor deste módulo é entrevistado a cerca do mesmo. A visão geral dos parágrafos do módulo é seguida da exposição dos pontos mais importantes incluindo o tempo aproximado necessário para completar cada secção. A organização gráfica de todo conteúdo é apresentada a seguir aos pontos principais. Os três irão ajudá-lo a compreender como é que o conteúdo é organizado neste módulo. OBJECTIVOS GERAIS: Objectivos claros, informativos, concisos e compreensíveis são disponibilizados para que você possa saber que conhecimento, habilidades e atitudes se espera que você desenvolva depois de estudar este módulo.

6 6 OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DA APRENDIZAGEM (OBJECTIVOS INSTRUCIONAIS): Cada um dos objectivos específicos, enunciados nesta secção, constitui a parte mais importante das actividades de ensino e aprendizagem. Unidades, elementos e temas do módulo destinam-se ao alcance dos objectivos específicos e qualquer tipo de avaliação é baseada nos objectivos que devem ser alcançados. Deve prestar a sua máxima atenção nos objectivos específicos dado que eles são vitais para organizar o seu esforço no estudo do módulo. A terceira secção é a parte mais extensa do módulo. É a secção onde você irá gastar mais tempo e é conhecida como as ACTIVIDADES DE ENSINO E APRENDIZAGEM. O significado geral das nove componentes está alistado em baixo. TESTE DIAGNÓSTICO: É a secção onde se apresentam um conjunto de questões que irão avaliar quantitativamente o seu nível de preparação em relação aos objectivos específicos deste módulo. As questões do teste diagnóstico ajudálo-ão a identificar o que você sabe e o que precisa saber, de modo a elevar o seu nível de preocupação e a você pode julgar o seu nível de conhecimento. No fim é disponibilizada uma chave de respostas para o conjunto de questões, bem como alguns comentários pedagógicos. ACTIVIDADES DE ENSINO E APRENDIZAGEM: Esta é parte principal do módulo. Você precisa seguir as orientações para aprendizagem nesta secção. São disponibilizados vários tipos de actividades. Realize cada uma das actividades. Em alguns momentos você pode não seguir, necessariamente, a ordem em que as actividades são apresentadas. É muito importante ter a certeza de que: As avaliações formativas e somativas são realizadas atenciosa e completamente. Todas as leituras obrigatórias e recursos são realizados As hiperligações úteis são visitadas tantas vezes quanto possível. O retorno é dado ao autor e é estabelecida a comunicação. LISTA COMPILADA DE TODOS OS CONCEITOS-CHAVE (GLOSSÁRIO): Esta secção contém definições, curtas e concisas, de termos usados neste módulo. Ajuda-lhe com os termos que lhe podem não ser familiares neste módulo. LISTA COMPILADA DE MATERIAIS PARA LEITURA OBRIGATÓRIA: São disponibilizados o mínimo de três materiais para leitura obrigatória. É uma obrigação ler os documentos

7 7 LISTA COMPILADA DE RECURSOS MULTIMÉDIA (OPCIONAIS): É apresentada uma lista total de recursos multimédia, livres de direitos autorais, referenciados no módulo e necessários para completar as actividades de aprendizagem. LISTA COMPILADA DE HIPERLIGAÇÕES ÚTEIS: É apresentada uma lista de pelo menos 10 páginas de Internet que lhe ajudam a compreender os tópicos cobertos no módulo. Para cada hiperligação são disponibilizados, uma referência completa (título da página, URL) imagem de ecrã de cada hiperligação bem como uma descrição de 50 palavras. SÍNTESE DO MÓDULO: É apresentado o resumo do módulo AVALIAÇÃO SOMATIVA: Sinta o prazer do seu trabalho neste módulo.

8 8 I. Física Nuclear Por Tilahun Tesfaye Universidade de Addis Ababa Etiópia. II. Pré-requisitos do curso/ conhecimento prévio III. TEMPO Para estudar este módulo você precisa completar o módulo de MECÂNICA QUÂNTICA do curso de formação de professores da AVU. Este módulo pode ser completado em 120 Horas IV. MATERIAIS A lista a seguir identifica e descreve o equipamento necessário para todas as actividades neste módulo. As quantidades listadas são necessárias para cada grupo. 1. Computador: Um computador pessoal com processador Word e programa de folha de cálculo. 2. PCNudat (programa gratuito): base de dados nuclear. V. O RACIONAL/ A LÓGICA DO MÓDULO: Nós precisamos estudar a Física Nuclear porque é fundamental para a compreensão das nossas vidas e do mundo físico à nossa volta. Somos todos feitos a partir de produtos das explosões de estrelas. Processos como a criação de elementos químicos, a produção de energia nas estrelas e na Terra são todos compreendidos nos estudos nucleares. Construção da matéria com os quarks e leptões, neutrões, protões, deuterões, Núcleo e o decaimento da matéria nas emissões de partículas alfa, beta e gama e fissão são todos fenómenos nucleares. Processos nucleares são usados todos a nossa volta e existem aplicações chaves em muitos aspectos das nossas vidas: Radioactividade na medicina, indústria e pesquisa Ressonância Magnética nuclear (câncer) Segurança (ex: detecção de metais)

9 9 Estudos fundamentais tal como propriedades de neutrino (decaimento beta duplo) Aplicações Médicas Terapia de câncer usando radiações Uso histórico para matar cédulas: ex: Rádio Uso moderno com feixe de iões (ex: GSI) Imagens Médicas (Visualização de órgãos internos) MRI (Visualização magnética nuclear) Tomografia por emissão de positrão Visualização por raio-x, etc O meio ambiente Biologia Determinação da idade de materiais antigos com auxílio do carbono radioactivo, à razão de 12C/14C. Determinação da idade de materiais antigos com o auxílio do gás árgon (datação radiométrica). Determinação da idade das rochas com o auxílio de Rb/Sr radioactivos. Arqueologia (Determinação da idade de materiais antigos pela razão de isótopos - datação radiométrica). Uso da radioactividade para encontrar vestígios de fluidos nos órgãos. Forense. Segurança e indústria Abertura de poços de petróleo. Detecção de material explosivo, etc. O estudo de núcleos atómicos é a base para o aproveitamento da grande quantidade de energia fechada pela natureza dentro dos núcleos e para usar radiações emitidas por eles. Os conceitos

10 10 VI. CONTEÚDOS estudados no módulo de Física Atómica são estendidos para o núcleo do átomo neste módulo. Este módulo tem como objectivo: Estudar as propriedades gerais do núcleo. Examinar as características da força nuclear. Introduzir os principais modelos do núcleo. Discutir o decaimento espontâneo de núcleos incluindo aqueles que ocorrem em regiões longe da região de estabilidade. Estudar reacções nucleares, em particular fissão e fusão. Introduzir detectores. Discutir as aplicações práticas da Física Nuclear. Desenvolver habilidades na resolução de problemas relativos às áreas referidas à cima. Adiante os conceitos de níveis de energia e conceitos de espectros de emissão da Física Atómica são também usados para explicar alguns observáveis nos núcleos atómicos. Como muita da informação disponível sobre núcleos atómicos é obtida a partir dos seus espectros das emissões e a interacção da radiação com a matéria, é essencial estudar o núcleo atómico começando pelas suas propriedades VISÃO GERAL Este módulo (Física Nuclear) introduz as propriedades básicas dos núcleos atómicos: constituintes nucleares; energia de ligação; isótopos; e modelos nucleares são conceitos tratados na primeira actividade. Muitos átomos encontrados na natureza são estáveis e não emitem partículas ou energia que muda de forma com o passar do tempo. Elementos pesados, como o Urânio ou Tório, e os seus elementos da cadeia de decaimento não têm núcleos estáveis. Eles emitem radiação, no seu estado de ocorrência, naturalmente. A segunda actividade do módulo falou tanto da radioactividade como da aplicações com ela relacionadas.

11 11 A terceira actividade é sobre interacção da radiação nuclear. O estudo da interacção da radiação com a matéria é a base para a detecção e medição da radiação. Muitas aplicações da radiação requerem o conhecimento da interacção da radiação com a matéria. Alguém precisa conhecer partículas elementares e suas interacções para ganhar uma compreensão unificada das forças nucleares e para alcançar uma potência ainda maior e preditiva. Actividade quatro é um estudo sobre partículas elementares e teorias que explicam interacções nucleares em termos de partículas elementares IDEAIAS PRINCIPAIS 1. Propriedades básicas do núcleo atómico (30 horas) Propriedades básicas do núcleo atómico, constituintes nucleares, isótopos. Energia de ligação nuclear. Estabilidade nuclear. Abundância isotópica e massa. Modelos nucleares. 2. Radioactividade (35 horas) Radioactividade, descoberta, radiação alfa, beta e gama. Leis da desintegração radioactiva. Radioactividade natural (série e não série), equilíbrio radioactivo. Aplicações da radioactividade. 3. Interacção da radiação com a matéria (35 horas) Interacção de partículas electrizadas pesadas e leves com a matéria, Interacção de fotões com a matéria, Secções transversais de interacção e coeficientes de interacção,

12 12 Detectores de radiação nuclear. 4. Forças nucleares e partículas elementares (20 horas) Interacções fundamentais na natureza. Estudo de partículas elementares. Teoria de forças nucleares de Yukawa ORGANIZADOR GRÁFICO

13 13 VII. OBJECTIVOS GERAIS Depois de completar o módulo você deverá ser capaz de: Compreender as propriedades básicas dos núcleos e o núcleo atómico. Descrever radioactividade e os fenómenos com ela relacionados. Explicar as várias interacções da radiação nuclear com a matéria. Compreender as interacções nucleares e partículas elementares envolvidas nas interacções. VIII. OBJECTIVOS ESPECÍFICOS DE APRENDIZAGEM (OBJECTIVOS INSTRUCIONAIS) Objectivos da aprendizagem Conteúdo Depois de completar esta secção você deverá ser capaz de: 1. Propriedades básicas do núcleo atómico (30 horas) Propriedades básicas do núcleo atómico, constituintes nucleares, Isótopos Energia de ligação nuclear Estabilidade nuclear Abundância isotópica e massa Modelos nucleares 2. Radioactividade (35 horas) Radioactividade, descoberta, Identificar constituintes do núcleo atómico e as suas propriedades colectivas Descrever defeito de massa Relacionar o rácio neutrão: protão à estabilidade Descrever os modelos nucleares de shell e de gota de líquido Descrever radiações provenientes do núcleo

14 14 radiações alfa, beta e gama, leis da desintegração radioactiva Radioactividade natural (série e não série), equilíbrio radioactivo Aplicações da radioactividade 3. Interacção da radiação com a matéria (35 horas) Interacção de partículas electrizadas pesadas e leves com a matéria, Interacção de fotões com a matéria, Secções transversais de interacção e coeficientes de interacção, Detectores de radiação nuclear 4. Forças nucleares e partículas elementares (20 horas) Interacções fundamentais na natureza Estudo de partículas elementares Teoria de forças nucleares de Yukawa Usar as leis da desintegração radioactiva para resolver problemas Identificar e decidir o tipo de equilíbrio para uma dada série de decaimentos Aplicar a lei da radioactividade (meia vida) para a determinação da idade de materiais antigos com auxílio do carbono radioactivo Descrever as interacções de partículas electrizadas pesadas e leves com a matéria, Identificar e descrever as quatro principais interacções de fotões com a matéria Usar as secções transversais e coeficientes de interacção para resolver problemas, Descrever detectores preenchidos de gás, de cintilação e de semicondutor (construção, princípio e uso) Identificar interacções fundamentais na natureza Identificar partículas elementares e descrever o seu papel nos processos de interacção Explicar a teoria da força nuclear de Yukawa

15 15 IX. TESTE DIAGNÓSTICO Você está pronto para a Física Nuclear? Caro Estudante Nesta secção, encontrará perguntas de auto-avaliação que o irão ajudar a testar o seu nível de preparação para completar este módulo. Você deverá julgar-se de forma sincera e realizar a acção recomendada depois de completar o auto-teste. Nós encorajamo-lo a levar o tempo que for necessário e responder às perguntas. Caro Instrutor As perguntas do teste diagnóstico aqui colocadas orientam os estudantes a decidir se eles estão preparados para estudar o conteúdo apresentado neste módulo. É fortemente sugerido a guiar-se pelas recomendações feitas na base dos valores obtidos pelo estudante. Como instrutor deles você deverá encorajar os estudantes a fazer autoavaliação respondendo todas as perguntas disponibilizadas a baixo. A pesquisa educacional mostra que isto irá ajudar os estudantes a ficarem mais preparados e ajudar a articular o conhecimento anterior A auto-avaliação Associada Com Física Nuclear: Avalia o seu nível de preparação para estudar o módulo de Física Nuclear. Se você obtiver pontuação maior ou igual a 60 dos 75 pontos, você está pronto para usar este módulo. Se você obtiver alguma coisa entre 40 a 60, você precisa rever a sua Física Escolar sobre tópicos da Física Nuclear. Uma pontuação menor do que 40 dos 75 pontos indica que você precisa ir estudar Física. Tente as seguintes questões e avalie se você tem o conhecimento básico necessário para estudar tópicos relacionados com a Física Nuclear. 1. Que afirmação melhor descreve a estrutura do átomo? a) Um centro positivo rodeado por electrões inseridos apertadamente em torno dele.

16 16 b) Uma partícula composta de uma mistura de protões, electrões e neutrões. c) Um núcleo pequeno de protões e neutrões com electrões a orbitarem em torno dele. d) Um centro grande de protões e electrões rodeados por neutrões. 2. Do seguinte, quando o átomo emite uma partícula alfa, o seu número de massa é: a) Reduz-se em 4 e o seu número atómico aumenta em 2. b) Aumenta em 4 e o seu número atómico reduz-se em 2. c) Aumenta em 4 e o seu número atómico aumenta em 2. d) Reduz-se em 4 e o seu número atómico reduz-se em Um electrão move-se com uma velocidade igual a 4/5 da velocidade da luz. Qual das seguintes razões representa a razão entre a massa relativista do electrão e a sua massa de repouso? a) 5/4 b) 5/3 c) 25/9 d) 25/16 4. Do seguinte, o que pode penetrar 20 cm através duma chapa espessa de aço é: a) Raios positivos b) Raios - α c) Raios β d) Raios - γ 5. O período de meia vida dum núcleo radioactivo é 3 horas, a sua actividade estará reduzida por um factor de: a) b)

17 17 c) d) Qual dos seguintes decaimentos radioactivos emite partículas -? 7. Uma amostra contém 16 g de material radioactivo; a meia vida do qual é 2 dias. Depois de 32 dias a quantidade de material ainda existente na amostra é: 8. Um nuclídio A (com o número de massa m e número atómico n) desintegra-se emitindo uma partícula α. O núcleo resultante B tem o número de massa e número atómico, respectivamente igual a: a) m 2 e n b) m 4 e n 2 c) m 4 e n 1 d) m 4 e n Como resultado dum decaimento radioactivo o núcleo de 92 U 234 transforma-se em núcleo de 91 Pa. Durante o decaimento as partículas emitidas são: a) Duas partículas β e um protão

18 18 b) Duas partículas β e um neutrão c) Uma partícula α e uma partícula β d) Um protão e dois neutrões 10. A relação entre a meia vida média τ é: a) 2,718. T1 2 b) T 1 2 c) 0,693. T1 2 d) T 0, T1 duma amostra radioactiva e a sua vida A constante de decaimento λ de uma amostra radioactiva é: a) Independente da idade. b) Depende da natureza da actividade. c) Aumenta à medida que a idade dos átomos aumenta. d) Diminui à medida que a idade dos átomos aumenta. 12. Dos três isótopos de hidrogénio a) Dois são estáveis b) Todos são estáveis H 1, H 2 e H c) d) H 3 decai para H H 3 decai para He Uma certa substância radioactiva tem a meia vida de 5 anos. Assim, para um núcleo na amostra desse elemento, a probabilidade de decaimento em 10 anos é: a) 100 % b) 75 % c) 60 % d) 50 %

19 Um fotão de raios gama cria o par electrão-positrão. Se a massa em repouso do electrão é de 0,5 MeV e a energia cinética total do par electrão positrão é 0,78 MeV, a energia do fotão de raios gama deve ser: a) 0,28 MeV b) 1,28 MeV c) 1,78 MeV d) 0,78 MeV 15. Se a massa do protão é completamente convertida em energia, ela será cerca de: a) 3,1 MeV b) 931 MeV c) MeV d) 9310 MeV Um mesão em repouso desintegra-se em dois raios gama 0, então qual das seguintes afirmações é correcta: a) Os dois raios - movem-se em sentidos opostos um do outro. b) Os dois raios - têm energias diferentes. c) Ambos raios - movem-se no mesmo sentido. d) Os raios - irão se aproximar periodicamente e se afastarem um do outro. 17. Se a meia vida de um metal radioactivo é de 2 anos: a) O metal irá desintegrar-se completamente em 2 anos. b) Depois de 8 anos terá restado ¼ do metal. c) O metal irá desintegrar-se completamente em 4 anos. d) Nunca se irá desintegrar completamente. 18. Quando alumínio é bombardeado com partículas α é formado o fósforo radioactivo, isto é, 13 Al 2 He 15 P uma outra partícula formada nesta reacção é:

20 20 a) Um electrão b) Um neutrão c) Um átomo de Hélio negativamente electrizado d) Um átomo de Hidrogénio negativamente electrizado Se 5 B é bombardeado com neutrões e é emitida uma partícula α. O núcleo residual é: a) b) c) d) 1 0 n 2 1 D 3 1 H 7 13 Li O que é X na seguinte relação 13 Li + 1 H 2 He X a) b) c) d) 3 1H 1 0 D 2 1 D 4 2 He 21. Se os raios - α, β e γ têm potências ionizadoras I, I e I respectivamente, então: a) I I I b) I I I c) I I I d) Nenhum destes 22. Qual das seguintes afirmações é correcta? a) Radioactividade β é o processo no qual o electrão é emitido a partir dum átomo instável cujo número atómico Z não varia.

21 21 b) Radioactividade γ é o processo no qual o núcleo filho tem o seu número atómico acrescido de 1 relativamente ao número atómico do núcleo pai. c) Radioactividade α é o processo no qual um átomo instável emite o núcleo do átomo de Hélio. d) Radioactividade α γ é o processo no qual um átomo pesado emite radiações electromagnéticas de frequência muito elevada. 23. A taxa de contagem observada a partir de uma fonte radioactiva no instante t = 0 era de 1600 contagens por segundo e em t = 8 será de 100 contagens por segundo. A taxa de contagem observada como contagens por segundo para t = 6 será de: a) 400 b) 300 c) 200 d) Considere um material radioactivo de meia vida 1,0 minuto. Se um dos núcleos se desintegra agora, o próximo se desintegrará: a) Depois de 1 minuto. b) Depois de 1 minutos loge 2 c) Depois de 1.N minutos, onde N é o número de núcleos presentes naquele momento. d) Depois de qualquer tempo Qual é a energia de ligação de 6 C? (dada a massa do protão = 1,0078 u.m.a, massa do neutrão =1,0087 u.m.a = 931 MeV ): a) 9,2 MeV b) 92 MeV c) 920 MeV d) 0,92 MeV

22 A energia de ligação dum núcleo que estava para se dividir em dois núcleos de tamanhos iguais; qual é a energia aproximada que deveria ser libertada nesse processo? a) 238 MeV b) 23,8 MeV c) 2,38 MeV d) 119 MeV 27. O elemento mais adequado para fissão nuclear é o elemento com o número atómico próximo de: a) 92 b) 52 c) 21 d) Para que ocorra a reacção nuclear H H H He e energia a) Seria necessária uma temperatura muito elevada e pressão baixa. b) Seria necessária uma temperatura muito elevada e uma pressão relativamente alta. c) Seria necessária uma temperatura moderada e uma pressão muito elevada. d) Seria necessária apenas uma temperatura muito elevada. 29. Quando um micrograma de matéria se converte em energia, a quantidade de energia libertada será de: 4 a) 3 10 J 7 b) 9 10 J 10 c) 9 10 J 14 d) 9 10 J

23 Um núcleo radioactivo sofre uma série de decaimentos de acordo com o esquema: Se o número de massa e o número atómico de A são 180 e 92 respectivamente, quais são estes números para A 4? a) 172,69 b) 170,69 c) 174,71 d) 180, O material usado para absorver os neutrões extras num reactor nuclear é: a) Zinco b) Urânio c) Rádio d) Cádmio 32. Neutrões térmicos tem energia perto de: a) 100 ev b) 10 ev c) 1 ev d) U 82 Pb 33. Quantos neutrões, em média, são emitidos por fissão? a) 2 b) 1 c) 3 d) 2,5 34. Moderadores são usados nos reactores nucleares para: a) Acelerar os neutrões b) Travar os neutrões

24 24 c) Para travar os neutrões d) Produzir neutrões 35. Barras de Cádmio são usadas no reactor nuclear para: a) Gerar neutrões b) Absorver neutrões c) Travar neutrões d) Produzir neutrões. 36. Quantas desintegrações radioactivas por segundo são definidas como Becquerel: a) b) , c) 1 d) Nenhuma das opções a cima. 37. No reactor nuclear em Trombay qual dos seguintes é usado como moderador? a) Água ordinária b) Cádmio c) Cobre d) Água pesada 38. Qual das seguintes partículas é usada para causar fissão no reactor atómico? a) Protão b) Partícula α c) Partícula β d) Neutrão 39. Qual dos seguintes é o melhor combustível nuclear? a) Neptuno 293

25 25 b) Plutónio 239 c) Urânio 236 d) Tório O moderador no reactor: a) Absorve energia térmica b) Trava neutrões c) Acelera neutrões d) Absorve neutrões 41. Para um reactor atómico ser crítico a razão entre o número médio de neutrões produzidos e usados numa reacção em cadeira: a) Depende da massa do material fissionável. b) É maior do que 1. c) É igual a 1. d) É menor do que O elemento A decai em elemento C através duma sequência de dois 4 processos, A B He, 2 B C 2 e. Então: a) A e C são isóbaras. b) A e B são isótopos. c) A e C são isótopos. d) A e B são isóbaras. 43. Uma amostra radioactiva com meia vida é de 1 mês tem a etiqueta Actividade = 2 microcuries a Qual é a sua actividade, em microcuries, dois meses mais tarde? a) 1,0 b) 0,5 c) 4 d) Isótopos são átomos que têm:

26 26 a) Igual número de protões mas número de neutrões diferente. b) Igual número de neutrões mas número diferente de protões c) Igual número de protões e neutrões. d) Nenhuma das opções a cima. 45. Qual das seguintes reacções nucleares é a fonte de energia no sol? a) b) c) d) 4 Be 9 2 He 4 6 C U 82Pb 56 Ba Kr U n Fe 48Ca 74W 0n 0 n Elementos transurânios são aqueles cujo número atómico é: a) Sempre maior do que 92. b) Menor que 92. c) Sempre maior do que 103 d) Nenhuma das opções a cima. 47. Isótopos de Rádio são usados como detectores de vestígios em muitos problemas pelo facto de que: a) Suas propriedades químicas são diferentes. b) Eles podem ser detectados com precisão em pequenas quantidades. c) Eles não podem ser distinguidos facilmente dos átomos normais. d) Eles não podem ser distinguidos facilmente dos átomos normais. 48. O elemento que não existe na natureza é: a) b) c) U U U

27 27 d) Th 49. No que diz respeito à radioactividade, quais das seguintes afirmações são verdadeiras? a) Todos os elementos radioactivos decaem exponencialmente com o tempo. b) Meia vida de um elemento radioactivo é o tempo necessário para que se desintegre metade dos átomos radioactivos. c) A idade da Terra pode ser determinada com a ajuda de registos radioactivos ou determinação da idade de objectos fossilizados com ajuda de elementos radioactivos. d) Meia vida de um elemento radioactivo é 50% do seu tempo médio de vida. 50. Água pesada é usada como moderador no reactor nuclear. A função do moderador é: a) Controlar a energia libertada no reactor. b) Absorver neutrões e parar a reacção em cadeia. c) Arrefecer o reactor. d) Travar os neutrões até aos níveis de energia térmica Chave de respostas 1. C 26. A 2. D 27. A 3. B 28.A 4. D 29. B 5. A 30. A 6. C 31. D 7. D 32. A 8. B 33. D 9. C 34. B

28 D 35. B 11. A 36. C 12. D 37. D 13. B 38. D 14. C 39. B 15. B 40. C 16. A 41. C 17. D 42. B 18. B 43. A 19. D 44. A 20. D 45. B 21. A 46. A 22. C 47. B 23. C 48. A 24. D 49. C 25. B 50. D 9.3. Comentários Pedagógicos para os Estudantes: Historicamente, a Física Nuclear pode ser vista como um descendente da química e Física Atómica e, por sua vez, como progenitor da Física das partículas e um dos progenitores da Física médica. Quando ouve falar da palavra Nuclear muita gente irá pensar em duas coisas: Bombas nucleares e reactores nucleares. Ambos não são exactamente populares nos dias de hoje. Por causa das bombas e reactores nucleares, a Física era provavelmente a parte da ciência com impacto muito grande sobre a política no séc. xx. Pense só em toda guerra fria. O projecto Manhattan era, provavelmente, o projecto com alto perfil científico do séc. xx, com um grande número de futuros vencedores de prémio Nobel envolvidos. Na relevância cultural é possivelmente rivalizado pela aterragem na lua, outra surpresa útil da segunda guerra mundial e na relevância do dia-a-dia pela electrónica.

29 29 Neste módulo, discutem-se os conceitos básicos da Física Nuclear com ênfase na estrutura nuclear e interacções da radiação com a matéria: forças nucleares; estrutura de camada do núcleo; decaimentos radioactivos alfa, beta e gama; interacções de radiações nucleares (partículas carregadas, raios gama, e neutrões) com a matéria; reacções nucleares: fissão e fusão. O módulo está dividido em cinco actividades. Cada actividade tem exemplos trabalhos de leitura. É necessário que você complete todas as actividades de aprendizagem e todo o material de leitura obrigatória. Este material é um resumo extenso de resumos de conferências e orientações para estudo com exercícios. Estes resumos de conferências foram desenvolvidos pelo autor deste módulo desde 2004 a 2007 na Universidade de Addis Ababa, Etiópia. A pesquisa nos últimos anos mostrou que os estudantes que têm melhor aproveitamento em Física (e outras disciplinas) são aqueles que se envolvem activamente no processo de aprendizagem. Este envolvimento pode assumir muitas formas: escrevendo muitas perguntas nas margens do módulo, fazendo perguntas por ; discutindo física no fórum de discussões da AVU, etc. Assim, você é seriamente aconselhado a usar todas as possibilidades que a AVU lhe coloca à disposição. A Última Palavra Em geral, a Física, não é tanto uma colecção de factos como o é a forma de ver o mundo. O autor deste módulo, espera que o seu 1º curso em Física Nuclear seja um grande acréscimo na apreciação da natureza pelos estudantes e contribua na melhoria das suas habilidades no pensamento cuidado, resolução de problemas, e comunicação precisa. Neste módulo o estudante irá ganhar muita experiência com explicações qualitativas, estimativas numéricas não rigorosas; e resoluções cuidadosas de problemas quantitativos. Quando compreender o fenómeno em todos esses níveis, e puder descrevê-lo claramente para os outros, o estudante estará pensando como um físico (como nós gostamos de dizer). Mesmo se, eventualmente, esquecer cada facto aprendido neste curso, estas habilidades irão servir-lhe bem para o resto da sua vida.

30 30 X. Actividades de Ensino e Aprendizagem Actividade 1: Propriedades básicas do núcleo atómico Você precisará de 40 horas para completar esta actividade. Nela você será orientado por uma série de leituras, clipes multimédia, exemplos resolvidos, perguntas e problemas de auto-avaliação. Você é seriamente aconselhado a realizar as actividades e consultar todos os materiais de leitura obrigatória e tantos quanto possível entre hiperligações úteis e referências. Objectivos Específicos de Ensino e Aprendizagem Identificar os constituintes do núcleo atómico e suas propriedades colectivas. Descrever defeito de massa. Relacionar o rácio neutrão: protão à estabilidade. Descrever os modelos nucleares de camada e gota de líquido. Resumo da actividade de aprendizagem É agora sabido que o núcleo atómico é composto de protões e neutrões conhecidos como nucleões. O número de protões e neutrões no núcleo é o seu número de massa (A) e o número de protões é o seu número atómico (Z). O núcleo de símbolo químico X é unicamente designado por: A Z X O núcleo atómico possui algumas propriedades de interesse: Tamanho do núcleo: Em geral os núcleos atómicos possuem forma esférica com o raio dado, aproximadamente, por:

22/Abr/2015 Aula 15. 17/Abr/2015 Aula 14

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